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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和視覺的災(zāi)難搜救機(jī)器人
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本作品針對突發(fā)災(zāi)難救援，開發(fā)了移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)，用于建立環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和搜救幸存者。作品采用六輪平臺，通過無線進(jìn)行遙控，可靈活攀爬樓梯；利用六自由度機(jī)械臂可在現(xiàn)場部署和組建ZigBee監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)；設(shè)計(jì)了新型RF生命標(biāo)簽以標(biāo)記幸存者，幫助救援人員確定幸存者具體位置；采用了新穎的頭部姿態(tài)隨動(dòng)視覺系統(tǒng)，使操控者如身臨現(xiàn)場，優(yōu)化了操作體驗(yàn)，從而有效提高救援效率。
- 詳細(xì)介紹：
- 為了能夠幫助救援人員更加高效、安全地執(zhí)行救援任務(wù)，設(shè)計(jì)了該款能夠在災(zāi)害現(xiàn)場幫助救援人員執(zhí)行搜救和偵察任務(wù)的遙控機(jī)器人系統(tǒng)。該機(jī)器人系統(tǒng)的核心功能包括三個(gè)方面：（1）移動(dòng)機(jī)器人平臺可攜帶無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）節(jié)點(diǎn)，在災(zāi)難現(xiàn)場進(jìn)行傳感器網(wǎng)絡(luò)的部署，并組建ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在危險(xiǎn)并指導(dǎo)救援人員搜尋幸存者；（2）機(jī)器人通過攜帶的基于ZigBee的“RF生命標(biāo)簽”裝置，標(biāo)記所發(fā)現(xiàn)的幸存者，并可根據(jù)RSSI機(jī)制幫助救援人員尋找幸存者;（3）機(jī)器人集成了基于視頻眼鏡的頭部隨動(dòng)視覺系統(tǒng)，能夠給機(jī)器人的遙控者帶來更好的操控體驗(yàn)，提高工作效率，更有效地幫助救援人員完成搜索和偵察任務(wù)。 移動(dòng)機(jī)器人平臺采用了具有較強(qiáng)越野能力的六輪運(yùn)動(dòng)平臺，能夠完成爬樓梯、越障等高機(jī)動(dòng)性動(dòng)作，非常適合執(zhí)行災(zāi)難現(xiàn)場的搜索與偵查任務(wù)。該機(jī)器人系統(tǒng)具有較強(qiáng)的的搜索和偵查能力，為了有效地對現(xiàn)場進(jìn)行信息采集，由機(jī)器人攜帶各種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，通過其機(jī)械臂在現(xiàn)場部署WSN節(jié)點(diǎn)，結(jié)合機(jī)器人本身攜帶的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，可構(gòu)建實(shí)時(shí)監(jiān)測的ZigBee傳感器網(wǎng)絡(luò)。操作人員可以根據(jù)機(jī)器人災(zāi)難從現(xiàn)場傳來的信息，如是否具有可燃?xì)怏w或有毒氣體或是否具有被困幸存者等，有效地指導(dǎo)救援人員實(shí)施救援或躲避潛在危險(xiǎn)。該系統(tǒng)除了具有信息收集能力外，還可通過捆綁微型對講裝置的RF生命標(biāo)簽可獲得幸存者數(shù)量和相對距離信息，并提供語音通訊，輔助救援人員搜尋幸存者。由于搜救機(jī)器人需要進(jìn)入人所不能觀察到的災(zāi)難現(xiàn)場內(nèi)部，其圖像采集系統(tǒng)的性能對于機(jī)器人的搜索偵察能力具有重要影響。為了提高搜索偵察能力，設(shè)計(jì)了基于視頻眼鏡的頭部隨動(dòng)視覺系統(tǒng)。該系統(tǒng)不但能夠?qū)⒂跋窈吐曇魧?shí)時(shí)呈現(xiàn)給操作者，而且能夠?qū)⒉僮髡哳^部的運(yùn)動(dòng)傳遞給了機(jī)器人高清攝像機(jī)云臺，使操作者與機(jī)器人同步觀察，給操作者以完全的第一人稱操作感。由于該搜救機(jī)器人平臺高度相對較低，其攝像機(jī)高度低于30cm，能夠充分利用火災(zāi)現(xiàn)場地面附近的能見度相對較高的空間執(zhí)行搜索和偵察任務(wù)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 本作品針對突發(fā)災(zāi)難救援，開發(fā)了移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)，用于建立環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和搜救幸存者。作品采用六輪平臺，通過無線進(jìn)行遙控，可靈活攀爬樓梯，在現(xiàn)場部署和組建ZigBee監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)；設(shè)計(jì)了新型RF生命標(biāo)簽以標(biāo)記幸存者，幫助救援人員確定幸存者具體位置；采用了新穎的頭部姿態(tài)隨動(dòng)視覺系統(tǒng)，使操控者如身臨現(xiàn)場，優(yōu)化了操作體驗(yàn)，從而有效提高救援效率。系統(tǒng)視覺清晰度為520電視線，遙控距離大于0.8Km，最大負(fù)載為5Kg，翻越樓梯坡度大于45°。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 系統(tǒng)采用六輪獨(dú)立懸掛式移動(dòng)平臺，運(yùn)動(dòng)靈活性優(yōu)于履帶式平臺，具有良好的越障和攀爬能力；采用UC/OS-II系統(tǒng)對機(jī)器人各項(xiàng)功能進(jìn)行管理，提高了運(yùn)行可靠性；攜帶紅外攝像機(jī)和輔助光源，可采集黑暗處的影像信息；可部署無線傳感器節(jié)點(diǎn)到災(zāi)難現(xiàn)場并利用ZigBee技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)組網(wǎng)，滿足多節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸要求；捆綁微型對講裝置的生命標(biāo)簽，可獲得幸存者數(shù)量和相對距離信息，并提供語音通訊，輔助救援人員搜尋幸存者；利用MEMS傳感器實(shí)現(xiàn)攝像頭對操作者頭部運(yùn)動(dòng)跟蹤的交互技術(shù)，給操作者更加真實(shí)的FPV操作體驗(yàn)，提高機(jī)器人操作效率。 參考文獻(xiàn)：[1]王忠民．災(zāi)難搜救機(jī)器人研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]．測控技術(shù),2007,256(17):152～155.
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實(shí)物，視頻，現(xiàn)場演示，圖片
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 本作品為半自主行駛的遙控機(jī)器人系統(tǒng)，操作者根據(jù)現(xiàn)場采集圖像聲音及傳感器信息，通過遙控平臺對機(jī)器人進(jìn)行控制，結(jié)合頭部姿態(tài)隨動(dòng)的視覺系統(tǒng)和手柄，操作者可獲得較好操作體驗(yàn)。通過軟件可查看由機(jī)器人部署的ZigBee傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、生命標(biāo)簽信息及各傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)，使救援人員充分掌握現(xiàn)場實(shí)時(shí)情況。本機(jī)器人系統(tǒng)廣泛適用于災(zāi)后廢墟等高危環(huán)境，能有效減輕救援人員所面臨的風(fēng)險(xiǎn)，提高救援行動(dòng)的效率，具有良好的應(yīng)用前景。
同類課題研究水平概述
- 當(dāng)今世界災(zāi)難頻發(fā)，錯(cuò)綜復(fù)雜、險(xiǎn)象環(huán)生的災(zāi)害現(xiàn)場給救援人員及幸存者帶來巨大的威脅，世界上許多國家已開始從國家安全戰(zhàn)略角度研制災(zāi)難救援機(jī)器人，尤其是美國、日本等西方發(fā)達(dá)國家，以相繼研發(fā)出各種用于災(zāi)難救援的機(jī)器人系統(tǒng)，如履帶式搜救機(jī)器人、蛇形機(jī)器人等。目前災(zāi)難救援機(jī)器人技術(shù)正從理論和試驗(yàn)研究向?qū)嶋H應(yīng)用發(fā)展。 911事件后，救援機(jī)器人技術(shù)在美國日益受到重視，多個(gè)高校的研究中心、國家研究機(jī)構(gòu)和公司也同時(shí)進(jìn)行了救援機(jī)器人的研究。南佛羅里達(dá)大學(xué)研制出安裝有醫(yī)學(xué)傳感器的救援機(jī)器人Bujold；明尼蘇達(dá)州大學(xué)研制出了一種特殊的機(jī)器人SCOUT，可用于多機(jī)器人并行作業(yè)；卡耐基梅隆大學(xué)研制出安裝在移動(dòng)平臺上的蛇形機(jī)器人。作為一個(gè)多核能、多地震國家，日本在救援機(jī)器人方面開展了相對全面的工作。最近發(fā)生的日本地震以及引發(fā)的災(zāi)難事故，使得國際上對救援機(jī)器人的研究又掀起了新一輪的熱潮，日本千葉大學(xué)緊急研制一款搜救機(jī)器人，整機(jī)防水防震，并可堅(jiān)持在20SV的強(qiáng)放射性環(huán)境下工作，主要用于災(zāi)后地形偵測與放射性強(qiáng)度測量。在我國，災(zāi)難救援機(jī)器人也逐漸成為研究熱點(diǎn)之一，國內(nèi)許多高校和研究所已開展該領(lǐng)域的研究。其中由公安部上海消防研究所、上海交通大學(xué)和上海消防局三家單位共同研制“履帶式、輪式消防滅火機(jī)器人”已經(jīng)順利投入使用并取得了良好的效果。中科院沈陽自動(dòng)化研究所已經(jīng)成功研制出針對地震災(zāi)害救援的復(fù)雜性的地震搜救機(jī)器人，可深入廢墟、危險(xiǎn)化學(xué)品環(huán)境實(shí)行救援，目前已進(jìn)入示范應(yīng)用階段。 隨著信息技術(shù)發(fā)展，傳感器融合、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及傳感器定位導(dǎo)航技術(shù)已成為救援機(jī)器人研究的重要領(lǐng)域；高可靠的通訊方式也是當(dāng)前搜救機(jī)器人領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一；各種小型化的傳感器檢測裝置在機(jī)器人上得到廣泛應(yīng)用，一些新興的MEMS傳感器也開始出現(xiàn)在各個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)中，搜救機(jī)器人正向著小型化和便攜式方向發(fā)展；智能機(jī)器人系統(tǒng)和人機(jī)交互技術(shù)也是當(dāng)前搜救機(jī)器人領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向，得到國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)的重視。 考慮到廢墟救援的實(shí)際需求，本機(jī)器人系統(tǒng)采用了六輪機(jī)器人平臺，使用CC2430低功耗單芯片ZigBee的解決方案，實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在災(zāi)難現(xiàn)場的部署和組網(wǎng)功能，并通過新穎的生命標(biāo)簽技術(shù)，輔助搜尋幸存者。系統(tǒng)具備先進(jìn)的視覺跟蹤系統(tǒng)，為操作者帶來了良好的操作體驗(yàn)，有助于提高救援效率。
